DE102006044088A1

DE102006044088A1 - Verfahren zum Ausgleich von Antriebseinflüssen auf die Lenkung front- oder allradgetriebener Fahrzeuge mit Hilfe einer elektrischen Servolenkung

Info

Publication number: DE102006044088A1
Application number: DE102006044088A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dr. Wey; Jens Dornhege
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: US7954593B2; US20090078494A1; DE102006044088B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Antriebseinflüssen eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges auf seine Lenkung, das eine elektrische Servolenkung aufweist. Ein in das Kraftfahrzeug integriertes, permanent aktiviertes Simulationsmodell des Antriebsstranges ermittelt aus einem Antriebsverhalten Störgrößen, so daß ein Ausgleichsmoment für die Servolenkung erzeugt wird, welches den Störgrößen entgegenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Antriebseinflüssen eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges auf seine Lenkung, das eine elektrische Servolenkung aufweist.
Bei starker Beschleunigung eines Kraftfahrzeuges kann beobachtet werden, daß Kraftfahrzeuge mit angetriebener Vorderachse durch die Antriebskräfte die Lenkung beeinflussen. Der Fahrzeugführer muß aktiv eingreifen, um dem erzeugten Lenkkraftfehler entgegenzuwirken, und die gewählte Spur zu halten. Ursachen hierfür sind sekundäre Momente aus den äußeren Gleichlaufgelenken der Antriebswellen, falls auf den beiden Seiten des Fahrzeugs unterschiedliche Knickwinkel vorliegen, sowie unsymmetrische Antriebskräfte, die aus der Reibung im Differentialgetriebe, einem selbst oder geregelt sperrenden Differentialgetriebe oder aus Trägheitskräften resultieren. Weiterhin kommen starke Einflüsse aus den Geometrieverhältnissen der angetriebenen Vorderräder zur Straßenoberfläche, wodurch sich der Kraftangriffspunkt der Reifenkraft verschiebt.
Bekannt ist, in der längeren Halbwelle einen Lagerbock zu verwenden, um eine gleiche Länge der linken und rechten Halbwelle zu erreichen. Dieser Lagerbock ist jedoch in der Anschaffung als auch in der Montage äußerst kostenintensiv und beaufschlagt das Kraftfahrzeug mit einem zusätzlichen Gewicht, so daß beispielsweise der Kraftstoffverbrauch steigt. Bekannt ist auch, die Reibung der Kegelraddifferentialgetriebe zu verringern. Dieses erfordert aber hohen technischen Aufwand und ist daher nur begrenzt möglich. In manchen Kraftfahrzeugen ist diese Reibung als Sperrwirkung sogar erwünscht, um die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeuges zu erhöhen. Weiterhin ist bekannt, daß ein kurzer Hebelarm der Reifenkraft zur virtuellen Lenkachse des Rades vorteilhaft ist. Aus konstruktiven Gründen ist eine Verkürzung dieses Hebelarms aber oft nicht möglich.
Sowohl hydraulische Servolenkungen als auch manuelle Lenkungen bzw. Lenksysteme der bekannten Art lassen sich nur unter äußerst großen und kostenintensiven Umständen in ihrer Lenkeigenschaft bzw. in ihren Einstellungen (tuning) verändern, so daß oben genannte Nachteile reduziert werden können. Diese Änderungen gehen aber in der Regel immer mit einer Verschlechterung anderer gewünschter Eigenschaften einher. Die elektrische Servolenkung (EPAS) dagegen benutzt einen Mikroprozessor und kann daher ein bestimmtes "smartes" Betriebsniveau erreichen. Dieses "smarte" Betriebsniveau erlaubt es, die Lenkeigenschaften des Kraftfahrzeuges an die Bedürfnisse und Betriebsbedingungen des Fahrzeuges bzw. des Fahrers wunschgemäß anzupassen, oder gar den Störungen aktiv entgegenzuwirken.
Ein fundamentales Problem in der Auslegung von Kraftfahrzeugen, insbesondere der Handlingseigenschaften sind für den Fahrzeugführer spürbare Lenkmomente bzw. Störgrößen. Hierbei stehen dem Konstrukteur des Kraftfahrzeuges einige alternative Ansätze zur Verfügung, wobei alle derzeit bekannten Optionen aber auch mit Nachteilen behaftet sind. Elektronisch gesteuerte Lenksysteme (EPAS) werden heutzutage mehr und mehr in der Automobilindustrie eingesetzt. Hierdurch sind heutzutage aber auch einige seinerzeit unvorhergesehene Vorteile erreichbar, da die Kraftfahrzeugindustrie vermehrt die Mikroprozessortechnologie in den Lenksystemen (EPAS) einsetzt
Möglich ist, daß sich beispielsweise Antriebsstrangeinflüsse bzw. Antriebseinflüsse insbesondere auf eine lenkbare Achse des Kraftfahrzeuges derart negativ auf ein Lenkgefühl des Fahrzeugführers auswirken, daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Kontrolle über das Kraftfahrzeug verlieren könnte. Insbesondere bei front- aber auch bei allradgetriebenen Fahrzeugen treten Beeinflussungen des Lenkgefühles durch die Antriebskräfte des Motors auf. Diese Einflüsse sind Bauart bedingt und hängen in ihrer Intensität stark von der Vorderachskonstruktion, äußeren Einflüssen und dem Leistungsvermögen des Antriebsstranges ab. Diese Veränderungen des Lenkmoments entsprechen nicht der natürlichen Rückmeldung des Fahrzeugs auf eine bestimmte Situation und werden vom Fahrer deshalb als Störung wahrgenommen. In Extremfällen können die Einflüsse so stark sein, daß sie eine Richtungsänderung des Fahrzeugs verursachen, was zu erheblichen Schäden, ja sogar Personenschäden führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausgleich von Antriebseinflüssen der Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, daß störende Einflüsse vom Fahrer des Kraftfahrzeuges ferngehalten werden bzw. Veränderungen der gewünschten Fahrtrichtung des Fahrzeugs vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein in das Kraftfahrzeug integriertes, permanent aktiviertes Simulationsmodell des Antriebsstranges gelöst, in dem aus einem Antriebsverhalten Störgrößen vorhergesagt werden, so daß ein Ausgleichsmoment für die Servolenkung erzeugt wird, welches den Störgrößen entgegenwirkt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine auf einem Bremssystem aufbauende Hilfsvorrichtung zur Stabilitätskontrolle eines Kraftfahrzeuges mit der elektrischen Servolenkung kombiniert werden kann. Diese Hilfsvorrichtung beeinflußt ein möglicherweise sich abrupt änderndes Lenkgefühl des Fahrzeugführers, wenn sich der Reibungswiderstand eines der Räder einer Achse asymmetrisch verändert. Dabei wird ein autonomes Gegenlenksignal erzeugt, welches vom Fahrzeugführer wahrgenommen werden kann. Die Eingabegrößen hierzu basieren auf einem Radlängsschlupf. Mittels der Erfindung dagegen kann ein sich abrupt änderndes Lenkgefühl unter Beschleunigungskräften ohne Zuhilfenahme der auf dem Bremssystem aufbauenden Hilfsvorrichtung zur Stabilitätskontrolle kompensiert werden.
Vorteilhaft lassen sich die (ungewünschten) Störgrößen zuverlässig erkennen, und von den (gewünschten) Rückmeldungen des Reifen-Straße-Kontaktes separieren. Das Simulationsmodell ist bevorzugt in einem Steuergerät des Kraftfahrzeuges abgelegt. Mittels der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß eine Amplitude und eine Wirkrichtung der Antriebseinflüsse ermittelt, und durch eine gegengerichtete Kraft im Lenkungssystem eliminiert werden. Dadurch wird das Ziel der Ausgleichsfunktion erreicht, das die störenden Einflüsse vom Fahrer ferngehalten bzw. Veränderungen der gewünschten Fahrtrichtung des Fahrzeugs vermieden werden. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um eine permanent aktivierte Funktion, die Antriebseinflüsse bzw. das Antriebsverhalten berechnet und durch die Vorgabe eines Korrekturmomentes bzw. Ausgleichmomentes an die elektrische Servolenkung ausgleicht.
Die Vorhersage bzw. Berechnung der Antriebseinflüsse auf die Lenkung, welche im Folgenden als Störgröße bzw. Störmoment bezeichnet werden, beruht auf einem vereinfachten Simulationsmodell des Antriebsstranges, das Eingabedaten von anderen bzw. von zumindest einem elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeuges (Fahrzeugbus) empfängt. Zu diesen Eingabedaten gehören beispielsweise Fahrerwünsche, wie Gaspedalstellung, Kupplung und Lenkeingabe als auch Reaktionen des Fahrzeugs auf diese Vorgaben, wie Motormoment, Motordrehzahl, Raddrehzahlen und Querbeschleunigung. Aus diesen Eingabedaten kann mit einer geeigneten Parametrierung des Modells in weiten Bereichen der Fahrzustände eine sichere Vorhersage der Störgrößen bzw. Störmomente getroffen werden. Zu diesen Parametern gehören unter anderen die Rotationsträgheiten der angetriebenen Räder und des Differentials, die Steifigkeiten der Antriebswellen, Reibbeiwerte für die Differentialgetriebeverzahnungen, Geometriedaten der angetriebenen Vorderachse und ihrer Räder, sowie Lenk- und Getriebeübersetzungen.
Weiterhin gibt es aber auch Bereiche, in denen diese Vorhersage der Störgrößen nicht sicher ist. Dieses gilt insbesondere wenn die Drehzahldifferenz der angetriebenen Vorderräder sich mit kleinen Amplituden um den Nullpunkt bewegt. In diesen Bereichen muß das Korrekturmoment bzw. Ausgleichsmoment bei starken Beschleunigungen, in denen Störgrößen bzw. Störmomente mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten, einer Differenz aus gemessener bzw. abgeschätzter Zahnstangenkraft und einer intern oder extern zu berechnenden Referenz nachgeregelt werden. Diese Referenz (Sollkraft Zahnstange) ist beispielsweise aus den Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs zu berechnen. In Betracht gezogen werden hier z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Gierrate, Lenkwinkel und Lenkwinkeländerung. Zusätzlich können Störmomente durch Fahrbahneinflüsse wie einseitige Bodenwellen oder Spurrillen verursacht werden. Diese Ereignisse werden durch einen weiteren Algorithmus detektiert und die Abweichung zur oben angegebenen Referenz entsprechend ausgeglichen.
Durch Beobachtung von Raddrehzahlen werden dabei vorteilhaft im Kontext mit dem Fahrzustand Situationen erkannt, in denen aufgrund der Reifen-Fahrbahn Reibungsverhältnisse ungleichmäßiger Schlupf von Reifen der lenkbaren Achse und daraus Antriebseinflüsse bzw. Störgrößen entstehen. Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist daher, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einem ungleichmäßigen Schlupf von Reifen der lenkbaren Achse eingeregelt wird, so daß diese Störgrößen eliminiert werden können.
Vorteilhafterweise lassen sich mit dem Simulationsmodell und einem zugeschalteten Algorithmus Situationen erkennen, in denen aufgrund der geometrischen Reifen-Fahrbahn Kontaktverhältnisse Antriebseinflüsse bzw. Störgrößen entstehen. In diesen Fällen ändert sich beispielsweise der Mittelpunkt des Reifenlatsches (Reifenaufstandsfläche). Dieser Mittelpunkt des Reifenlatsches – projiziert in der Radebene auf die Raddrehachse – bildet den Kraftangriffspunkt der Antriebskräfte auf die Vorderradaufhängung. Durch den unsymmetrisch in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse veränderten Hebelarm dieses Kraftangriffspunktes zur virtuellen Lenkachse des Rades wird ein Störmoment erzeugt, welches über die Lenkung ausgeglichen werden muß. Die Amplitude dieser Störung kann aus den Fahrzeugdaten nicht abgeleitet werden. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, daß in diesen Fällen das Ausgleichsmoment der Differenz der Zahnstangenkraft zur oben beschriebenen Referenz (Sollkraft Zahnstange) nachgeregelt wird, so daß die Störgrößen eliminiert werden.
Beim Einschlagen der Lenkung dreht sich das Rad um die so genannte virtuelle Lenkachse. Die virtuelle Lenkachse im Sinne der Erfindung ist diejenige, welche aus kinematischen Gelenkpunkten oder aus Schnittpunkten von Strebenverlängerungen konstruiert werden kann.
Um zu vermeiden, daß der Fahrer sprunghafte Änderungen des spürbaren Lenkmomentes wahrnimmt, ist es günstig im Sinne der Erfindung, wenn das Ausgleichmoment derart gestaltet wird, daß eben diese sprunghaften Änderungen des für den Fahrer spürbaren Lenkmomentes vermieden werden, wobei das Ausgleichsmoment günstigerweise sich stufenlos anpassend erzeugt wird. Zur Arbitrierung des Ausgleichsmomentes sind daher günstigerweise Übergangsbereiche definiert, in denen sich mehrere der Ausgleichsmechanismen ergänzen, so daß die Störgröße eliminiert wird. Diese Übergangsbereiche sind immer dort definiert, wo aufgrund der Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel Motormoment, Raddrehzahlen, Querbeschleunigung und gemessenem Lenkmoment angenommen wird, daß Störmomente auftreten und das Simulationsmodell am Rande seines Gültigkeitsbereiches arbeitet, wodurch die Vorhersage der Störgröße ungenau wird.
Möglich ist, daß das Kraftfahrzeug ein Bremskontrollsystem, beispielsweise ABS aufweist. Das Bremskontrollsystem kann einen einseitigen Bremseingriff an der lenkbaren Achse und damit eine daraus resultierende Antriebsmomentenverteilung bewirken, was wiederum ein Störmoment in der Lenkung hervorruft. Im Falle eines einseitigen Bremseingriffs an der lenkbaren Achse wird daher vorteilhaft die daraus resultierende Antriebsmomentenverteilung der beiden Räder der lenkbaren Achse zur Berechnung des Ausgleichmomentes herangezogen, so daß zweckmäßig vorgesehen ist, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Antriebsmomentenverteilung der lenkbaren Achse erzeugt und die Störgröße eliminiert wird.
Möglich ist, daß das Kraftfahrzeug mit einem selbstsperrenden oder geregelt sperrenden Differentialgetriebe ausgerüstet ist, so daß zweckmäßigerweise vorgesehen ist, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Sperrwirkung des selbstsperrenden oder geregelt sperrenden Differentialgetriebes erzeugt wird, so daß die Störgröße eliminiert wird. Bei einem selbstsperrenden Differentialgetriebe werden die Amplitude und das Ansprechverhalten der Sperrwirkung in die Parametrierung des Modells zur Simulation des Antriebsstranges aufgenommen. Ist das Kraftfahrzeug mit einem geregelt sperrenden Differentialgetriebe ausgerüstet, kann aus dessen Regelung der Sperrwert entnommen werden, um ihn in die Berechnung des Lenkausgleichmoments mit einzubeziehen.
Da der Antriebseinfluß bzw. ein Störgrößeneinfluß wiederholbar reproduzierbar und meßbar ist, ist es für das Lenksystem (insbesondere EPAS) oder andere in dem Kraftfahrzeug angeordnete Systeme möglich, diese zu detektieren und vorherzusagen. Die vorliegende Erfindung befaßt sich allerdings weitergehend damit, daß auf den Antriebseinfluß bzw. die Störgröße reagiert wird. Sobald also ein Antriebseinfluß bzw. eine Störgröße erkannt wird, kann die elektronische Servolenkung sicher auf diesen Vorgang reagieren und eine entsprechend gegengerichtete Kraft erzeugen, so daß die Störgröße eliminiert werden kann, ohne daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Störgrößen und das Ausgleichsmoment bemerkt.
Weiterhin gibt es Situationen, in denen der Störgrößeneinfluß nicht vorhersagbar ist. In diesen Fällen kann jedoch die Abweichung der Reaktionskräfte in der Lenkung zur oben angesprochenen Sollkraft Zahnstange erkannt werden. In Fällen starker Beschleunigung des Kraftfahrzeugs kann dann der Kompromiß zwischen guter Rückmeldung des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes und der Reduktion von Störgrößen durch eine andere Gewichtung besser aufgelöst werden.
Das Ausgleichsmoment kann durch eine der im Folgenden genannten Optionen erzeugt werden, wobei natürlich auch eine Kombination der folgenden Optionen möglich ist:

1. Beeinflussung der Lenkkraft (Räder einer lenkbaren Achse), indem der Servolenkung eine zusätzliche Hilfskraft entgegen der Störgröße hinzugefügt wird, so daß der negative Effekt bzw. die Störgröße eliminiert wird bevor der Fahrer des Kraftfahrzeuges dieses überhaupt feststellen kann, und/oder
2. die elektrische Servolenkung wird mit geeigneten Mitteln zusätzlich gedämpft, wobei die zusätzliche Dämpfung die Rauheit des Störgrößenaufbaus aufhebt, was nicht dazu führt, daß die Störgröße eliminiert wird, sondern dazu führt, daß sprunghafte Änderungen des für den Fahrer spürbaren Lenkmomentes vermieden werden, indem der Aufbau der Störgröße in ihrer Geschwindigkeit und Rauheit reduziert wird, und/oder
3. Änderung der Hilfskraft, wobei eine zusätzliche Hilfskraft zusätzlich zur elektrischen Servolenkung dem Fahrer die Möglichkeit gibt, über Sensormechanismen gegen den unerwünschten Antriebseinfluß bzw. gegen die unerwünschte Störgröße zu reagieren. Hierbei wird auch das Fahrermoment dem momentanen Fahrzustand angepaßt, so daß dem Fahrer die Möglichkeit zur Verfügung gestellt wird, den Vorgang besser zu kontrollieren. Die Art der Reaktion und ein Betrag der Reaktion, also die Art bzw. der Betrag des Ausgleichsmomentes kann eine Funktion von anderen Fahrzeugsignalen bzw. Eingabedaten wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Motormoment, Reifendruck usw. sein. Hierdurch wird der Fahrer in die Fähigkeit versetzt, eine ordentliche Kontrolle des Kraftfahrzeuges insbesondere unter starker Beschleunigung aufrechtzuerhalten, ohne daß nachteilige Kompromisse bezüglich gesteigerten Kosten, reduzierter Leistung oder begrenztem Bauraum hingenommen werden müssen, da auf separate mechanische Bauteile verzichtet werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen beispielhaft:
1 eine Systemskizze einer elektrisch unterstützten Zahnstangenlenkung,
2 ein Blockdiagramm zur Berechnung eines Lenkkraftfehlers aus Antriebskräften bzw. -einflüssen,
3 ein Blockdiagramm zur Berechnung der Sollkraft an der Zahnstange,
4 ein Blockdiagramm für eine Gewichtung der synthetischen Soll-Zahnstangenkraft, und
5 ein Blockdiagramm zur Einbeziehung des berechneten Lenkkraftfehlers, der Sollkraft an der Zahnstange und der Gewichtung dieser synthetischen Sollkraft in die Servounterstützung.
1 zeigt ein beispielhaftes Prinzip einer Zahnstangenlenkung 1 mit elektrischer Servounterstützung (EPAS) (Lenksystem). Zum einen gibt es das Lenkradhandmoment M_hand, zum anderen das Unterstützungsmoment des Servomotors M_servo, das genau wie das Lenkradhandmoment über ein geeignetes Getriebe 2 in die Zahnstangenkraft F_ZS umgesetzt wird. Eine Zahnstange 3 wiederum stützt sich über Spurstangen 4 an Schwenklagern ab und kontrolliert damit die Drehung der Räder um eine virtuelle Lenkachse 6, welche aus dem Reifen/Fahrbahnkontakt das Radlenkmoment M_rad in das Lenksystem einleiten. Auf die Zahnstange 3 wirkt ein Servomotor 5.
Beispielsweise wird angenommen, daß im Lenksystem ein Drehmoment- und/oder Kraftsensor angeordnet ist, sowie, daß aus der elektrischen Ansteuerung das Antriebsmoment des Motors bekannt ist. Aus diesen Größen kann man durch Auswertung der Kräftegleichgewichte unter Berücksichtigung dynamischer Effekte auf die weiteren Kraftgrößen, insbesondere die Zahnstangenkraft F_ZS, schließen. F_ZS ist zum Beispiel eine Funktion von Lenkradhandmoment M_hand, Unterstützungsmoment des Servomotors M_servo, Trägheit, Reibung (F_ZS = f(M_hand, M_servo, Trägheit, Reibung)).
Das Wirkprinzip einer Lenkung, daß im quasistatischen Fall das Lenkradhandmoment M_hand in Summe mit dem unterstützenden Servomoment M_servo die Momente der Räder um die virtuelle Lenkachse M_rad ausgleicht gilt unabhängig von der Bauform, weshalb sich die Erfindung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ohne Veränderungen auf andere Bauformen von Lenkungen vorteilhaft übertragen läßt, wobei sich lediglich eine in Amplitude, Zeitverlauf und Wirkrichtung kontrollierte Hilfskraft in dieses Lenksystem einbringen lassen sollte.
Grundsätzlich lassen sich die Radlenkmomente M_rad aufteilen in solche, die durch Kräfte am Reifenlatsch 20 (1) verursacht werden und in solche, die aus Antriebskräften entstehen, welche in der Projektion des Reifenlatsches auf die Drehachse des Rades angreifen.
Diese Kräfte erzeugen jeweils mit dem entsprechenden Hebelarm ein Lenkmoment um die virtuelle Lenkachse. Im Sinne einer optimalen Rückmeldung an den Fahrer sind idealerweise nur die Kräfte am Reifenlatsch im Lenkradhandmoment spürbar, das heißt, daß asymmetrische Antriebskräfte prognostiziert und ihre Einflüsse auf das Lenksystem durch den Servomotor eliminiert werden.
Mittels des Verfahrens wird aus den verfügbaren Größen (üblicherweise CAN Bus) Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahlen der angetriebenen und gelenkten Räder die Verteilung der Antriebskräfte auf diese Räder berechnet. Bei Kenntnis der konstruktiv bedingten geometrischen und kinematischen Verhältnisse kann unter Berücksichtigung des Lenkradwinkels der Einfluß der Antriebskräfte auf die Radlenkmomente und damit auf die Zahnstange bestimmt werden.
2 zeigt den bevorzugten Signalfluß.
In 2 bedeuten die Bezugszeichen:

7: Antriebsmotormoment [Nm]
8: Antriebsmotordrehzahl [Nm]
9: Antriebsraddrehzahl links [rad/s]
10: Antriebsraddrehzahl rechts [rad/s)
11: Mittelwert aus 9 und 10
12: Getriebegesamtübersetzung
13: Modell Differentialgetriebe/Antriebswellen
14: Antriebsachsmoment [Nm]
15: Radantriebskraft links [N]
16: Radantriebkraft rechts [N]
17: Lenkradwinkel [rad]
18: Modell Achskinematik/Lenkkinematik
19: Lenkkraftfehler aus Antriebskräften berechnet

wobei mit den Bezugszeichen 11, 12, 13 und 18 Modellblöcke, ansonsten Signale angesprochen sind.

Das Antriebsmotormoment 7 und die Antriebsmotordrehzahl 8 wird mit dem Mittelwert 11 der Getriebegesamtübersetzung 12 zugeleitet, so daß das Antriebsachsmoment 14 dem Modell 13 zugeleitet wird. Das Modell 13 entspricht dem permanent aktivierten Simulationsmodell des Antriebsstranges. Dem Modell 13 werden auch jeweils die Antriebsraddrehzahl 9 und 10 zugeleitet. Das Modell 13 erzeugt die Radantriebskraft links bzw. rechts 15 bzw. 16, welche dem Modell 18 zugeleitet werden. Dem Modell 18 wird auch der Lenkradwinkel 17 zugeleitet. In dem Modell 18 wird der Lenkkraftfehler 19 erzeugt. Mit der Kenntnis dieser beispielhaften Einflüsse werden die störenden Lenkmomente durch die Antriebskräfte vom Servomotor abgestützt und sind vom Fahrer im Lenkradhandmoment nicht spürbar.
Neben dem allgemeinen Fall kann es für bestimmte Betriebspunkte und Konfigurationen zutreffen, daß die Berechnungen im Modell Differentialgetriebe/Antriebswelle 13 des in 2 dargestellten Blockdiagramms nicht zuverlässig sind. Dieses gilt insbesondere für kleine Differenzen der Raddrehzahlen 9 und 10. In diesem Fall werden die Radantriebskräfte links und rechts als gleich groß angenommen.
Weiterhin können im Kontakt Reifen/Fahrbahn geometrische Unregelmäßigkeiten, wie zum Beispiel Spurrillen, auftreten, die mathematisch nicht vorhersehbare Einflüsse auf das Lenkmoment haben. Für diese Fälle wird im entwickelten Algorithmus aus verfügbaren Größen (üblicherweise CAN Bus) eine Sollkraft an der Zahnstange errechnet, siehe dazu auch 3.
In 3 bedeuten die Bezugszeichen:

21: Fahrzeuggeschwindigkeit [km/h]
22: Querbeschleunigung [m/s²]
23: Gierrate [rad/s]
24: Lenkradgeschwindigkeit [rad/s]
25: Synthetische Sollberechnung der Zahnstangenkraft – Mehrdimensionales
: Kennfeld mit Korrekturfunktionen
26: Sollkraft Zahnstange [N]

Die Fahrzeuggeschwindigkeit 21, die Querbeschleunigung 24, die Gierrate 23 und die Lenkradgeschwindigkeit 24 werden der Sollwertberechnung 25 zugeleitet, welche die Sollkraft Zahnstange 26 berechnet. Hierzu wird ein Kennfeld aus Fahrzeugdaten entwickelt, welches in den Block 25 eingegeben wird. Ersatzweise kann die Sollkraft an der Zahnstange statt aus diesem Kennfeld auch aus geeigneten mathematischen Gleichungen mit den gleichen Eingabegröße gebildet werden. Statt der Gierrate kann auch die Gierbeschleunigung als Eingangsgröße dienen.
Weicht jetzt die Sollkraft an der Zahnstange von der um den Lenkkraftfehler korrigierten wirklich auftretenden Kraft ab und sind weitere Vorraussetzungen, wie beispielsweise hohes Achsantriebsmoment oder geringe Differenzdrehzahl der Antriebsräder bei Kurvenfahrt in der Fahrsituation gegeben, wird diese Sollkraft mit in die Berechnung des Ausgleichsmomentes einbezogen. Die Servounterstützung regelt dann ein Lenkradhandmoment entsprechend einer Zahnstangenkraft zwischen der Sollkraft und der wirklich auftretenden Kraft ein.
Das vom Fahrer spürbare Lenkradhandmoment beruht grundsätzlich auf der Zahnstangenkraft, unabhängig davon ob die Servounterstützung durch Zahnstangenkraft aus einem Beobachtermodell berechnet wird, aus einem Drehmomentensensor in der Lenksäule oder durch ein anderes Verfahren. Bevorzugter Weise wird davon ausgegangen, daß die Servounterstützung anhand der Zahnstangenkraft aus einem Beobachtermodell generiert wird. Für andere Fälle sind die Schnittstellen entsprechend anzupassen.
Der fließende Übergang, ob an den Fahrer ein Lenkradhandmoment, entsprechend der Soll Zahnstangenkraft 26, um den Lenkkraftfehler korrigierter, wirklicher Zahnstangenkraft 27 oder dazwischen weitergeleitet wird, wird von der in 4 dargestellten Vermittlerfunktion 28 übernommen. Diese Vermittlerfunktion ist bevorzugt so abgestimmt, daß die Servounterstützung im Sinne einer genauen Rückmeldung der Kontaktverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahn grundsätzlich auf der wirklichen Zahnstangenkraft beruht, das bedeutet eine Gewichtung 29 von 0. Nur in Fällen, in denen mit störenden Lenkeinflüssen aus Antriebskräften gerechnet werden muß und die wirkliche Zahnstangenkraft von der Sollkraft abweicht, soll progressiv zur Abweichung in Richtung der Sollkraft geregelt werden. Im Extremfall der Gewichtung 29 von 1 würde ein vollständig synthetisch erzeugtes Lenkradhandmoment eingeregelt, das keine Rückmeldung des Reifen-Fahrbahn-Kontakts zuläßt, aber auch keine Störeinflüsse aufweist. Die Bezugszeichen in 4 entsprechen den zuvor genannten, wobei die Signale 14, 21, 22, 9, 10, 17, 27, und 26 an 28 geleitet werden, um die Gewichtung 29 [0....1] durchzuführen.
Grundsätzlich gilt, daß mit steigendem Antriebsachsmoment die Wahrscheinlichkeit von Antriebseinflüssen auf die Lenkung größer wird und deshalb die Gewichtung mehr zur synthetischen Sollkraft verschoben wird. Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ist die Gewichtung wiederum der wirklichen Zahnstangenkraft anzunähern, gleiches gilt für hohe Querbeschleunigung. Sind Lenkradwinkel und Querbeschleunigung im Vorzeichen entgegengerichtet kann man von Gegenlenken und damit einem hochdynamischen Fahrmanöver ausgehen. In diesem Fall ist im Sinne der Rückmeldung die tatsächliche Zahnstangenkraft weiterzugeben.
5 zeigt, wie die oben beispielhaft beschriebenen Größen Lenkkraftfehler, Sollkraft Zahnstange und die Gewichtung in die Berechnung des Ausgleichsmoments einbezogen werden.
Der Lenkkraftfehler 19, die Gewichtung 29 und die Sollkraft Zahnstange 26 werden in den Block 31 Korrektur der Zahnstangenkraft eingeleitet. Das Lenkradhandmoment 32 und das EPAS Servomoment 33 werden dem Block 34 (Lenkgetriebe) zugeleitet, so daß die wirkliche Zahnstangenkraft 27 erzeugt wird. Diese wird der Schnittstelle 35 zum Signal Sollkraft Zahnstange 26 zugeleitet, so daß für den Block 31 hieraus eine Sollkraftabweichung 36 erzeugt wird.
In dem Block 31 wird das Signal Ausgleich Zahnstangenkraft 37 erzeugt, so daß das Ausgleichsmoment 38 der Schnittstelle 39 zugeführt wird.
Sowohl die Servounterstützung als auch das Ausgleichsmoment sind in diesen Blockdiagrammen mit der entsprechenden Getriebeübersetzung auf die Zahnstange bezogen. Hierbei ist es unerheblich, ob die Grundlage für die Berechnung der unterstützenden Servokraft die Zahnstangenkraft aus einem Beobachtermodell ist oder das in der Lenksäule von einem Sensor gemessene Lenkradhandmoment M_Hand. Die Schnittstelle zwischen der Gesamtfunktion zum Ausgleich der Antriebseinflüsse und der Servokraft ist dann entsprechend anzupassen.
Aus Übersichtsgründen sind die 2 bis 5 voneinander separat dargestellt, wobei die Blockschaltbilder auch in einem einzigen zusammengefaßt werden können. In den 2 bis 4 ist dargestellt, wie die Eingangsgrößen für den Block 31 erzeugt werden.
In die Berechnung der Servounterstützung können weitere Kenngrößen wie zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit hinzugezogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere an Fahrzeugen mit einer front getriebenen Achse und/oder allradbetriebenen Fahrzeugen.

Claims

Verfahren zum Ausgleich von Antriebseinflüssen eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges auf seine Lenkung, das eine elektrische Servolenkung aufweist, gekennzeichnet durch ein in dem Kraftfahrzeug integriertes, permanent aktiviertes Simulationsmodell des Antriebsstranges, in dem aus einem Antriebsverhalten Störgrößen vorhergesagt werden, so daß ein Ausgleichmoment für die Servolenkung erzeugt wird, welches den Störgrößen entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell Eingabedaten erhält, die in zumindest einem elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeuges erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder einer Fahrzeuggierrate und/oder einem Achsantriebsmoment und/oder einem gemessenen Lenkmoment und/oder Lenkwinkeländerungen eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einem ungleichmäßigen Schlupf von Reifen einer lenkbaren Achse eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Analyse des effektiven Hebelarmes vom auf die Antriebsachse projizierten Mittelpunkt eines Reifenlatsches zur virtuellen Lenkachse des Rades eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment stufenlos anpassend erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Arbitrierung des Ausgleichsmomentes Übergangsbereiche definiert sind, in denen sich mehrere der Ausgleichsmechanismen ergänzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Antriebsmomentenverteilung der lenkbaren Achse erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment abhängig von einer Sperrwirkung eines selbstsperrenden oder geregelt sperrenden Differentialgetriebes erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment als zusätzliche zu den Störgrößen entgegen gerichtete Kraft erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment als zusätzliche Dämpfkraft erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmoment erzeugt wird, indem Einstellparameter der Servolenkung angepaßt werden.